電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備防雷措施的探討

廖俊先

【摘 要】為了防止雷電對(duì)配網(wǎng)設(shè)備的損害，保證配網(wǎng)設(shè)備安全運(yùn)行。文章分析了雷擊損害配電變壓器、架空線和電纜等配網(wǎng)設(shè)備的機(jī)理，并從運(yùn)行、實(shí)用的角度提出了各種防雷措施。

【關(guān)鍵詞】配網(wǎng)設(shè)備；防雷；機(jī)理；措施

0.引言

雷電對(duì)電力設(shè)備有很大的危害性，配電網(wǎng)防雷的目的是使線路的雷害跳閘次數(shù)減少到最低限度、配電線路設(shè)備損害幾率最小因此必須對(duì)雷擊損害配網(wǎng)設(shè)備的機(jī)理進(jìn)行分析，本文從運(yùn)行實(shí)用的角度，制定防雷措施，保證設(shè)備安全運(yùn)行，提高供電可靠性。

1.雷擊損害配網(wǎng)設(shè)備的機(jī)理

1.1 雷電的分類

（1）直擊雷

當(dāng)雷云對(duì)地面突出物的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到空氣的擊穿強(qiáng)度時(shí)，產(chǎn)生的放電現(xiàn)象稱為直擊雷。

（2）感應(yīng)雷可分為靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷。其中，靜電感應(yīng)雷：雷云直接接近地面時(shí)，在地面突出的構(gòu)筑物頂部被感應(yīng)出大量的異性電荷。一旦雷云與其他異性雷云放電后，聚集在該構(gòu)筑物頂部的感應(yīng)電荷將失去束縛，以雷電波的形式高速傳播形成雷電。電磁感應(yīng)雷：當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，雷電流在周圍空間產(chǎn)生迅速變化的磁場(chǎng)，在附近的金屬導(dǎo)體上可感應(yīng)出較高的雷電壓。

（3）雷電入侵波

雷擊中架空線的導(dǎo)線，雷電流沿著線路迅速移動(dòng)產(chǎn)生的沖擊電壓形成了雷電入侵波。

1.2雷擊損害配電變壓器的機(jī)理

感應(yīng)雷和雷電入侵波可高達(dá)幾十萬(wàn)伏，它通過(guò)正逆變換過(guò)電壓，使配電變壓器的絕緣擊穿，甚至引起爆炸和火災(zāi)。正逆變換過(guò)電壓產(chǎn)生有以下幾方面：

（1）正變換過(guò)電壓

當(dāng)雷電波由低壓線路侵入時(shí)，配電變壓器低壓繞組就有沖擊電流通過(guò)。這個(gè)沖擊電流按匝數(shù)比在高壓繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，使高壓側(cè)中性點(diǎn)電位提高，層間和匝間的梯度電壓相應(yīng)增加。這種由低壓雷電入侵波在高壓側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓的過(guò)程，稱為正變換。

（2）逆變換過(guò)電壓

當(dāng)雷電波由10kV側(cè)侵入時(shí)，引起避雷器動(dòng)作，在接地電阻上流過(guò)沖擊電流，產(chǎn)生壓降。這個(gè)壓降作用在低壓繞組的中性點(diǎn)上，使中性點(diǎn)電位升高，三相低壓繞組流過(guò)沖擊電流，產(chǎn)生磁通，在高壓繞組中按配電變壓器匝數(shù)比感應(yīng)出脈沖電勢(shì)。由于高壓側(cè)繞組接成星形，且中性點(diǎn)不接地，所以高壓繞組中只存在較高的脈沖電勢(shì)，無(wú)沖擊電流，中性點(diǎn)絕緣易被擊穿，繞組可能發(fā)生層間和匝間絕緣擊穿。這種由高壓側(cè)雷電入侵波引起，再由低壓側(cè)電磁感應(yīng)至高壓側(cè)繞組產(chǎn)生過(guò)電壓的過(guò)程，稱為逆變換。

1.3 雷擊損害架空裸導(dǎo)線的機(jī)理

當(dāng)直擊雷或感應(yīng)雷過(guò)電壓作用于裸導(dǎo)線引起絕緣子閃絡(luò)時(shí)，連續(xù)的工頻電流電弧因?yàn)殡姶帕Φ淖饔茫貙?dǎo)線向負(fù)荷側(cè)快速移動(dòng)。電弧的弧根固定在導(dǎo)線上運(yùn)動(dòng)，弧腹在隨弧根向前運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，受到熱應(yīng)力的作用不斷向上空漂浮。電弧的弧根溫度最高，對(duì)導(dǎo)線的燒損最嚴(yán)重；弧腹的溫度較低，一般不會(huì)燒損導(dǎo)線 在上述過(guò)程中，電弧的弧根是沿導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)的，而不是固定的燃燒一點(diǎn)，所以不會(huì)集中燒傷導(dǎo)線，引起斷線的幾率較小。

1.4 雷擊損害絕緣導(dǎo)線的機(jī)理

當(dāng)直擊雷或感應(yīng)雷過(guò)電壓作用于絕緣導(dǎo)線時(shí)，引起導(dǎo)線的絕緣層和絕緣子同時(shí)被擊穿和閃絡(luò)，被擊穿的絕緣層呈一針孔狀，連續(xù)的工頻電流電弧受到周圍絕緣層的阻礙，不能移動(dòng)，弧根只能固定在針孔處燃燒，因此，在極短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)線就會(huì)被整齊燒斷。

2.配網(wǎng)設(shè)備防雷措施

2.1 配電變壓器防雷措施

（1）工廠企業(yè)和單位等用戶可將配電變壓器放置在配電室內(nèi)，并在建筑物上安裝避雷針，從而有效防止直擊雷損害。

（2）單接地網(wǎng)，配電變壓器高、低壓側(cè)均裝設(shè)避雷器。避雷器的接地線、變壓器低壓側(cè)的中性點(diǎn)和變壓器的金屬外殼三點(diǎn)連接在一起接地。如圖1所示。部頒DL/T620—1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓和絕緣配合》推薦此種防雷措施。

（3）使用新型防雷變壓器。采用低壓側(cè)加裝有平衡繞組的防雷型變壓器（接線變壓器），通過(guò)繞組接線方式的變換使接地電阻的電壓降至同一鐵芯形成個(gè)相反的磁勢(shì)，并互相抵消，從而不能變換到2.2 架空裸導(dǎo)線防雷措施

對(duì)于架空裸導(dǎo)線，理論上采用避雷線進(jìn)行防雷保護(hù)，但由于成本高、施工不便，目前基本上不采用避雷線防雷。如今在一些雷電頻繁路段安裝線路避雷器，并做好桿塔接地，即可有效防雷。

2.3 絕緣導(dǎo)線防雷措施

（1）更換防雷型絕緣子

對(duì)于10kV絕緣導(dǎo)線，一般也不采用避雷線防雷。可將原絕緣子更換為防雷絕緣子，將鐵橫擔(dān)更換為玻璃鋼絕緣橫擔(dān)（雷電頻繁地段），以提高絕緣子耐壓水平及雷電沖放電壓，并降低工頻建弧率。

（2）采用穿刺型防雷金具

穿刺型防雷金具主要根據(jù)雷電斷線機(jī)理采用疏導(dǎo)方式進(jìn)行防雷，目前可預(yù)防20kV及以下的直擊雷和感應(yīng)雷。穿刺線夾將燃弧點(diǎn)轉(zhuǎn)移到線夾上，雖然也引起工頻短路接地故障，但避免了導(dǎo)線的燒損燒斷。如圖3所示。

（3）采用穿刺型避雷器

穿刺型避雷器由避雷器本體、空氣間隙和固定在絕緣導(dǎo)線上的穿刺線夾3部分組成，可以避免接地故障跳閘。如果氧化物避雷器受到損害，則直擊雷或感應(yīng)雷作用于導(dǎo)線時(shí)，燃弧點(diǎn)由導(dǎo)線轉(zhuǎn)到穿刺線夾上，從而避免了導(dǎo)線斷線。因此應(yīng)做好氧化物避雷器的巡檢工作，才能有效避免接地故障跳閘，提高供電可靠性。如圖4所示。

2.4 電纜防雷措施

10kV電纜基本上采取在電纜終端頭附近安裝避雷器，同時(shí)終端頭金屬屏蔽、鎧裝必須接地良好。

2.5低壓線路防雷措施

低壓線路應(yīng)從配電變壓器出口處安裝避雷器或擊穿保險(xiǎn)器，同時(shí)做好接地，接地裝置的接地電阻應(yīng)小于4Ω。在干線和分支線終端處應(yīng)重復(fù)接地，接地電阻小于10Ω。為防止雷電波沿低壓線路侵入用戶，接戶線的絕緣子鐵腳應(yīng)接地，接地電阻應(yīng)小于30Ω。低壓接地線應(yīng)避開建筑物避雷針引下線，防止雷擊避雷針引起的大地電位上升導(dǎo)致的線路、電器燒毀。

3.結(jié)語(yǔ)

配電變壓器的防雷措施多種多樣，各地配電變壓器安裝地點(diǎn)實(shí)際情況又不盡相同。通過(guò)分析雷擊損害設(shè)備的機(jī)理，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，因地制宜，合理選擇防雷保護(hù)措施，并加強(qiáng)運(yùn)行管理，對(duì)于提高配電網(wǎng)絡(luò)防雷保護(hù)效果增強(qiáng)配網(wǎng)供電可靠性具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

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[2]中華人民共和國(guó)電力工業(yè)部. DL/T620—1997交流電氣裝置的接地，1997.

[3]上海兆邦電力器材有限公司.架空絕緣配電線路綜合防雷措施的應(yīng)用研究.